江松科技 【广东科技报】江松院士做客广东科协论坛漫谈科学计算

本报讯(记者冯海波通讯员张炜哲)"现在的科学计算应用非常广泛。传统的科研方法主要是理论和实践,现在的计算已经与理论及实践一起,成为三大研究手段之一,所以各行各业都在用。"近日,广东科协论坛第70期专题报告会在广州市第六中学举行,著名应用数学家、中国科学院院士、北京应用物理与计算数学研究所研究员江松作了题为"科学计算漫谈"的专题报告。

他从我国古代计算数学的成就入手,结合国内外数学发展历史人物事迹,延伸到科学计算的研究起源,通过我国研发的天河二号超级计算机等用科学计算解决国民经济、国防建设中实际问题的案例,漫谈到科学计算面临的挑战以及对策,深入浅出的阐述了科学计算的重要作用和深远意义。

江松院士在作题为"科学计算漫谈"的专题报告。本报记者 刘雷 摄

计算数学是科学计算的基础

"计算数学主要是研究各种计算问题的有效求解的计算方法,以及相关的数学理论,包括应用。它是科学计算的基础,为科学计算提供一些算法和计算理论。"江松院士表示,计算数学是一个非常古老的数学分支,中国古代的数学在数值计算方面取得了较大成就。

他举例说,《九章算术》中就记载有联立方程组的解法,这种解法的本质与现代数值方法中最常用的消去法是一样的;自15世纪起,欧洲出现了以解析几何学和微积分为标志的近代数学,"有了这种得力的数据工学,计算也逐步兴旺起来"。

江松说,尽管当时数值计算越来越受到重视,但由于计算工具很落后,计算数学的作用很难充分发挥出来。"我们知道世界上第一台计算机是20世纪40年代问世的。有了计算机,计算数学马上焕发了青春,提出和发展了许多应用广泛、卓有成效的方法,如有限元方法、高精度算法等等。

"他表示,从上世纪80年代起,计算数学的研究重点逐步转为大规模科学与工程计算研究,具体表现为研究设计适应于实际应用问题和大规模高性能计算机的计算算法,并在此基础上研制实用高效的应用软件,为科学工作者和工程师提供强大的研究手段。

科学计算是十分重要的多学科交叉领域

江松院士说,科学计算就是利用先进的计算机,运用建立在计算数学研究成果基础上的应用软件,对科学和工程技术中的复杂问题开展数值模拟研究,"它是一个十分重要的多学科交叉领域,涉及计算数学,计算机科学以及其他领域的技术、方法与理论等"。

他举例说,科学与工程计算一般要经历建模、写程序、优化设计方案等几个流程。"比如你想造一台汽车或者造一架飞机,对这个现实问题进行建模,就是应用一个什么样的模型解决这个问题;这个模型可能非常复杂,你要求解,就要研究方法,在计算机上面写程序,这就是应用程序;海量数据完了之后就可以优化你的设计方案,使得你造的汽车更省油,外形更好,飞机也是一样,不断改进你的设计方案,科学计算的流程大概就是这样。

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科学计算的优点,就是可在计算机上做实验模拟演示。江松表示,"比如说我们要研究海啸或地震对城市的破坏,你现在没法做实验,你不能搞一次海啸或者搞一次地震,你只能通过一个模型,在计算机上模拟海啸和地震的破坏,这种非常重要。

还有全球气候变化,温度升高一度,地球海平面就要上升多少,这就会导致地球表面的气候灾难。但是到底出现什么样的灾难,你不能真的做一个实验,你要通过计算机上面去做虚拟实验,看一下我们升高了一两度,整个地球会出现什么样的状况,这可以防止这种情况出现。如果你用计算机模拟,你可以从头看到尾,把全过程看的很仔细。"

江松院士表示,这是他第一次面向高中生做科普报告,也是第一次为这么多学生做科普报告。他勉励同学们说,计算数学和计算机是科学计算的基础,有志于从事科学计算研究的同学一定要学好数学,打好数学基础,"当然也要学好物理、化学,因为现在的数学都涉及到物理的背景还有化学领域的背景。"

推动科学计算的科普

本期报告会由广东省科协主办,广东省数学会承办。省科协领导、第八届全省委员会委员,省、市有关部门以及地市科协的领导,广东省数学会的领导和专家,科研部门的专家、学者,有关高校相关专业的大学生,广州市六中高一、高二的中学生共约1000人聆听了江松院士的精彩报告。

据了解,近几年来,在广东省科协的指导下,广东省数学会重点面向中小学学生策划开展了一系列的关于数学研究、科学计算的论坛活动。省数学会有关负责人表示,科学计算是在国民经济建设中最重要的基础和应用科学,大数据时代,任何事情必须量化,而且必须计算,提高年轻人的基本计算素养,是提高整个国民素质的重要组成部分;这些相应的普及活动,将对广东省的科学普及活动,造成非常深远的影响。